孔令敏番禺珠江鋼管有限公司

淺談直縫埋弧焊鋼管氣孔和夾渣缺陷控制措施

孔令敏
番禺珠江鋼管有限公司

在直縫埋弧焊鋼管焊接過程中，氣孔和夾渣是最常見的缺陷類型，如能有效的控制這兩種焊接質量缺陷，對于提高鋼管實物水平和生產(chǎn)效率有著及其重大的意義。本文針對鋼管生產(chǎn)過程中氣孔和夾渣的產(chǎn)生原因進行了簡要分析，并相應的提出了預防和控制措施。

直縫埋?。粴饪?；夾渣；線能量

一、前言

直縫埋弧焊鋼管被廣泛應用在石油天然氣管線、化工管道等領域，其實物水平對工程的質量至關重要。直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)過程中，夾渣和氣孔是占比最大的兩類焊接缺陷，不僅削弱了焊縫的有效截面，降低焊縫的強度和韌性，而且還會造成應力集中，對動載強度和疲勞強度產(chǎn)生不利影響。雖然行業(yè)標準允許存在一定尺寸和分布的夾渣型和氣孔型缺欠，但在鋼管生產(chǎn)中應不斷努力減少夾渣和氣孔，提升鋼管的整體質量，提高生產(chǎn)效率并降低制造成本。筆者根據(jù)焊接工藝研究和管理工作經(jīng)驗，提出了從三個方面減少氣孔、夾渣缺陷發(fā)生幾率的預防和控制措施。

二、氣孔和夾渣缺陷的產(chǎn)生原因分析

在焊縫中出現(xiàn)的單個、條狀甚至密集氣孔，是由于焊接過程中本身產(chǎn)生的氣體或外部氣體進入熔池，當熔池的結晶速度大于氣泡的上浮速度，氣體未能逸出熔池，最終被凝固金屬包裹所形成的缺陷。氣體主要來源有：①鋼管坡口周圍和預焊層表面的鐵銹、油污和水分在高溫作用下發(fā)生化學反應產(chǎn)生[1]；②焊條、焊劑和氣體在未能充分干燥，殘存水分的狀態(tài)下使用；③空氣潮濕，增加了原材料受潮傾向；④焊接規(guī)范選用不當，不利于熔池中氣泡逸出。

夾渣是殘留在焊縫內部的熔渣。從焊接冶金學角度分析，由于熔池溫度較低或冷卻速度過快導致熔渣來不及析出，從而形成焊縫夾渣，結合直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)工藝特點進行分析，夾渣的主要來源和產(chǎn)生原因有：①鋼板板邊夾雜物較多；②回收利用的焊劑夾雜物較多；③外焊前對預焊層未清理干凈；④焊接規(guī)范選用不當，不利于熔池中熔渣浮出。

三、氣孔和夾渣缺陷的預防和控制措施

從以上原因分析中可看出，氣孔和夾渣缺陷主要來源于原材料問題、焊接規(guī)范選用不當和現(xiàn)場操作執(zhí)行不到位3個方面，因此需要針對性的采取預防和控制措施。

1.原材料質量把關

鋼板在生產(chǎn)投料前需進行理化復驗、UT檢測和外觀尺寸檢查。理化復驗按每爐抽檢，包括化學成分、力學性能和金相分析等項目，評定是否滿足訂單生產(chǎn)技術要求，并作為制定焊接規(guī)范最重要的參考依據(jù)之一。UT檢測時應重點對板頭和板邊盲區(qū)進行手工探傷，對檢查出會嚴重影響焊接質量的板邊連續(xù)夾渣等缺陷應制訂妥善的處置方案，如銑邊去除、更換焊材等，并及時跟進效果。外觀檢查需檢查板面是否有油污、銹蝕程度、板面波浪等。尺寸需檢查鋼板壁厚是否均勻，范圍波動太大也會影響焊接質量。

焊材入廠時應檢查包裝有無破損、核對標識信息，并審核廠家出具的質保書，是否符合國家和相關技術標準，保證焊材來源可靠。焊絲進行化學分析和熔敷金屬力學性能試驗，焊劑進行化學分析和擴散氫試驗，實驗結果合格后方可使用。

2.嚴格制定焊接規(guī)范

嚴謹?shù)暮附右?guī)范是焊接質量的有效保證。在生產(chǎn)前要根據(jù)項目特點進行焊接工藝評定，檢驗按擬訂的焊接工藝指導書焊制的焊接接頭的使用性能是否符合要求，并為正式制定焊接工藝卡提供可靠的依據(jù)。

厚壁直縫埋弧焊一般為雙Y型坡口，為保證良好的焊縫形貌和利于氣孔、夾渣從熔池排除，多絲焊時應遵循以下原則：

1)坡口寬度和深度應與線能量相匹配，需滿足內、外焊透，重合比約在10-15%壁厚，且焊縫余高符合要求的情況下，坡口角度不易過大，否則會增加焊接工作量和焊材消耗量，并同時增大焊接應力導致的變形程度。既影響了生產(chǎn)效率，也難以保證焊接質量。

2)前絲電流宜采用直流，可顯著增加熔深，且能更好的控制焊道形貌和焊速，引弧相對容易。而交流電源可減少磁偏吹，特別在焊絲電流高于900A時，這顯得尤為重要，所以其余焊絲采用交流[2]。

3)正常焊接條件下，熔深和焊接電流成正比關系，根據(jù)該坡口形式各焊絲電流應依次減小，若后絲電流大于前絲時，后絲電弧吹力較大，將降低前絲熔池冶金反應過程中產(chǎn)生的氣體和非金屬夾雜物從液態(tài)金屬中逸出焊縫表面的速度，且易使熔池攪拌發(fā)生紊亂，導致氣孔和夾雜。

4)電弧電壓大小基本與焊縫寬度成正比，所以各焊絲電壓依次增加，如果后絲弧壓小于前絲弧壓，則后絲熔池寬度小于前絲熔池寬度造成熔池界面呈葫蘆狀，特別對于小管徑內焊，直徑小，曲率大，相對焊縫兩側坡口較大，熔池內的液態(tài)金屬重力作用更加明顯，截面更易形成葫蘆形，熔池氣體和夾雜物從液態(tài)金屬中逸出焊縫表面時出現(xiàn)瓶頸，最終焊縫易出現(xiàn)氣孔、夾渣。

5)因為熱輸入過大對焊縫和熱影響區(qū)韌性不利，所以在保證焊接質量情況下優(yōu)先采用小的熱輸入，對于管線鋼管是有利的。

6)在保證焊接質量的前提下，為提高生產(chǎn)效率應適當提升焊接速度。

7)焊材牌號選用一般依據(jù)等強匹配原則，另外還需根據(jù)項目產(chǎn)品理化性能要求做出適應的搭配調整。

以上是厚壁直縫埋弧焊管焊接規(guī)范的制定原則，實際操作過程中還應根據(jù)焊評結果、現(xiàn)場夾渣、氣孔問題的總結進行相應微調，不斷降低夾渣和氣孔發(fā)生概率。

3.加強生產(chǎn)過程執(zhí)行力

現(xiàn)場執(zhí)行是保證產(chǎn)品質量的關鍵。生產(chǎn)過程中很多環(huán)節(jié)的嚴格執(zhí)行和控制是有效保證鋼管焊接質量的關鍵因素，比如焊接前應將坡口兩側表面清理干凈并保持干燥，避免輥道和機械設備的油污、鐵銹等污染；焊條、焊劑應嚴格按照作業(yè)指導書進行烘焙和保溫后方可投入使用；回收再利用的焊劑應控制好顆粒度和夾雜物；引、熄弧操作必須在弧板上完成以保證管端質量等。這些因素需要經(jīng)過長期的質量改善和經(jīng)驗積累識別出來，并依據(jù)制定具體的作業(yè)規(guī)范或檢查表，作為現(xiàn)場操作人員和技術管理人員對照進行學習和檢查的依據(jù)。

通過技術交底、崗位自檢、監(jiān)督檢查和工藝紀律檢查等多種方式，保證鋼管焊接過程嚴格按工藝要求貫徹執(zhí)行，以排除諸多引起焊接質量異常的偶然因素，不斷改善產(chǎn)品質量，并能為優(yōu)化工藝參數(shù)排除干擾。

四、結語

直縫埋弧焊鋼管制造過程中，為有效的減少氣孔、夾渣缺陷，從而達到提升鋼管產(chǎn)品質量，節(jié)約成本和提高效率目的，需同時從原材料質量把關、嚴格制定焊接規(guī)范和加強生產(chǎn)過程執(zhí)行力三個方面入手。

[1]陳祝年，焊接工程師手冊，北京：機械工業(yè)出版社，2002.1.

[2]黎劍鋒，鋼管直縫埋弧焊焊接規(guī)范對焊縫形狀的影響[J].鋼管.2002.31（4）:33-36

孔令敏（1987-），男，從事直縫埋弧焊鋼管焊接工藝技術工作。